Inteligentne transformatory ziemne do wsparcia izolowanych sieci elektrycznych

1. Tło projektu

Rozproszone projekty fotowoltaiczne (PV) i magazynowania energii rozwijają się szybko w Wietnamie i południowo-wschodniej Azji, ale stoją przed istotnymi wyzwaniami:

1.1 Niestabilność sieci:

Sieć energetyczna Wietnamu doświadcza częstych fluktuacji (szczególnie w północnych strefach przemysłowych). W 2023 roku braki węgla spowodowały masowe przerwy w dostawie energii, co powodowało straty przekraczające 5 milionów dolarów dziennie. Tradycyjne systemy PV nie mają skutecznych możliwości zarządzania neutralnym uziemieniem, co czyni sprzęt narażonym na uszkodzenia i incydenty bezpieczeństwa podczas awarii sieci. To podkreśla kluczową potrzebę niezawodnych transformatorów ziemnych.

1.2 Ciśnienie związane z zgodnością z polityką i bezpieczeństwem:

Regulacje Wietnamu na rok 2024 wymagają, aby systemy magazynowania energii przeszły 72-godzinny test działania w trybie wyspy prowadzony przez Grupę Elektrowni Wietnamu (EVN) oraz posiadały zdolności do przejazdu przy wysokim/niskim napięciu (HVRT/LVRT). Z rozległym wdrożeniem elektroniki mocy, problemy z zerową sekwencją prądu i harmonikami są znaczące, często wywołując błędy ochrony. Wysokowydajne transformatory ziemne są niezbędne do spełnienia tych wymogów zgodności.

1.3 Wymagania dotyczące adaptacji środowiskowej:

Klimaty o wysokiej temperaturze i wilgotności (średnia roczna wilgotność >80%) przyspieszają starzenie się sprzętu, wymagając transformatorów ziemnych z solidną odpornością na korozję i właściwościami antypoślizgowymi. Środowiska nadmorskie z zawartością soli w powietrzu >5mg/m³ jeszcze bardziej nasilają ryzyko korozji, nakładając wyższe wymagania na adaptację środowiskową transformatorów ziemnych.

2. Rozwiązanie: Inteligentny System Transformatora Ziemiowego

2.1 Projekt technologii rdzennej

Transformator ziemny z połączeniem zigzag:

Posiada specjalny sześciowitrowy projekt o nominalnej mocy 1250kVA, nadzwyczaj niski impedancja zerowej sekwencji 4-6Ω (w porównaniu do 30Ω w tradycyjnych transformatorach) oraz zdolność do przetrwania krótkiego spięcia 25kA/2s, idealnie nadający się dla dużych skal rozproszonych elektrowni.

• Optymalizacja tłumienia harmonik: Zintegrowana struktura zwinięć Δ-YY z filtrami LC osiąga ≥85% tłumienia 3., 5. i 7. harmonik, redukując całkowite zniekształcenia harmoniczne (THD) z 12% do <5%, efektywnie zapobiegając uszkodzeniom sprzętu spowodowanym rezonansem. Ta zdolność do tłumienia harmonik reprezentuje kluczową funkcję bezpieczeństwa transformatora ziemnego.
• Wzmocnienie adaptacji środowiskowej: Obudowa z klasą ochronną IP54; kluczowe komponenty traktowane nanoceramicznym pokryciem, które przeszło test IEC 60068-2-52 na wytrwałość w warunkach solankowych (3000 godzin bez korozji). Te środki ochronne gwarantują długoterminową niezawodność transformatorów ziemnych w surowych środowiskach.
• Projekt zarządzania termicznego: Wyposażony w aluminium alloy chłodniki i system chłodzenia siłowego, wzrost temperatury kontrolowany do ≤55K przy temperaturze otoczenia 45°C. Ten skuteczny system zarządzania termicznym jest kluczowy dla bezpiecznej pracy transformatorów ziemnych w klimacie tropikalnym.

2.2 Inteligentny System Monitoringu i Ochrony

Zintegrowany moduł czujników: Monitorowanie w czasie rzeczywistym temperatury zwinięć, częściowego wypromieniowania i stanu izolacji; dane synchronizowane z lokalnym SCADA i platformami w chmurze (takimi jak Hoymiles S-miles Cloud) w ciągu milisekund. Ciągłe monitorowanie znacznie zwiększa profil bezpieczeństwa transformatora ziemnego.

Koordynacja logiki ochrony:

• Koordynacja z wyłącznikami: Automatyczna zmiana trybu uziemienia w ciągu 10 sekund po wykryciu spadku napięcia sieci do 20%UN (spełniając wymagania Wietnamu dotyczące blokady napięcia)
• Integracja systemu wykrywania błędów łuku (AFCI): Przerywa obwody awaryjne w ciągu 0,5 sekundy, zapobiegając pożarom spowodowanym błędami uziemienia. Ta szybka logika ochrony integruje się bezproblemowo z transformatorem ziemnym.

2.3 Ulepszenia adaptacji lokalnej

Zgodność z siecią: Obsługuje wymagany przez EVN tryb testu wyspy, symulując płynne przejście do zasilania z magazynu energii po przerwie w sieci. Transformator ziemny jest kluczowym elementem do przejścia tego ważnego testu.

Zainstalowane interfejsy przewodów pieczęci spełniają obowiązkowe wymagania Wietnamu dotyczące zabezpieczenia pomieszczeń pomiarowych.

Wygodność konserwacji: Okres użytkowania projektowany ≥25 lat; cykle konserwacji przedłużone do 3 lat, znacznie obniżając koszty eksploatacji w regionach tropikalnych. Trwałość transformatora ziemnego znacznie obniża koszty cyklu życia.

3. Osiągnięte wyniki

3.1 Zwiększona bezpieczeństwo i niezawodność

Osiąga przełączanie uziemienia neutralnego w ciągu 15ms podczas awarii sieci (przekraczając standard Wietnamu 50ms), zapewniając ciągłą pracę kluczowych obciążeń (takich jak linie produkcyjne fabryk). Szybkie zarządzanie awariami zapewnione przez transformator ziemny obniżyło wskaźnik awarii sprzętu o 85% i całkowicie eliminowało incydenty związane z uziemieniem po wdrożeniu w projekcie strefy przemysłowej w Hanoi w 2024 roku.

3.2 Korzyści ekonomiczne i zgodność

• Zmniejszenie ryzyka kary: Spełnia wymagania dotyczące emisji CO2 w ramach "Ustawy o Zielonej Przemysłowości", unikając kar w wysokości 3% rocznego przychodu.
• Skrócenie okresu zwrotu inwestycji: Poprzez obniżenie kosztów konserwacji (o 35%) i zmniejszenie strat spowodowanych przestojami, IRR wzrosła o 2-3 punkty procentowe, skracając okres zwrotu inwestycji z 5.8 do 4.2 lat.

3.3 Wzmocnione możliwości wsparcia sieci

Przechodzenie testów dynamicznego regulowania: W warunkach elastycznej dyspozycji EVN (gdy obciążenie sieci <75%), obsługuje regulację mocy do 30% mocu zainstalowanej, umożliwiając elektrowniom uczestnictwo w Rynku Regulacji Częstotliwości (FRM). Stabilny punkt neutralny zapewniany przez transformator ziemny stanowi podstawę tej funkcji wsparcia sieci. W projekcie pilotażowym w Ho Chi Minh City, poprzez dostarczanie reaktywnej mocy, elektrownia zwiększyła swoje dodatkowe przychody z usług pomocniczych o 12%.